CN102530843B - 一种疏松化聚酰亚胺红外吸收薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种疏松化聚酰亚胺红外吸收薄膜的制备方法。聚酰亚胺薄膜由光敏型聚酰亚胺树脂旋涂在基底表面，经亚胺化后获得；亚胺化使聚酰亚胺薄膜与基底形成良好粘附；采用光刻、显影工艺使聚酰亚胺在像元表面成型；疏松化通过腐蚀并去除混合在聚酰亚胺树脂中的铝粉末颗粒实现；采用氧等离子体刻蚀方法可控制聚酰亚胺的厚度，减轻热质量，同时保证铝粉末颗粒表面部分或完全露出，使铝粉末颗粒能完全去除。采用该方法制备的疏松化聚酰亚胺薄膜克服了黑金吸收薄膜机械强度差、不易图形化，热质量较高的缺点，相对于薄金属吸收薄膜也提高了红外吸收率，对非制冷探测器性能提高具有实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及微机械结构器件制备技术，特别涉及非致冷热探测器中红外吸收膜的制备。
背景技术
非致冷红外探测器中，通常在像元表面沉积一层红外吸收膜，该膜可提高像元的红外辐射吸收率，从而提高器件响应率。目前应用于非致冷红外探测器的红外吸收膜主要有两种制备方法。一种是采用溅射方法，在像元表面沉积一层厚度只有几至十几个纳米厚的Ni、Ni/Cr合金、Ti等金属，通过工艺控制使其方块电阻在几百欧姆范围内，利用自由电子共振吸收的机制实现对红外辐射能量吸收。该方法优点是与非致冷探测器制备工艺兼容性好，图形化工艺简单，薄膜与基底粘附性较好，而且热质量很小。但其缺点是吸收率低，通常只有50％左右。另一种制备方法是采用热蒸发设备，在低真空的N2或Ar环境中缓慢蒸发Au、Pt等金属，在基底的像元表面沉积3-5微米多孔疏松的薄膜结构，即金黑薄膜。该薄膜特点是红外辐射能量吸收率高，可达到90％以上，但是其缺点也非常明显，突出表现为机械强度差、不易图形化，热质量较高，因此黑金薄膜不适用于高响应率、大规模阵列器件。此外，还有采用电镀方式在非制冷探测器像元表面沉积黑金薄膜的方法，其薄膜结构与效果同热蒸发方法制备的黑金薄膜类似。
发明内容
本发明提出一种疏松结构聚酰亚胺红外吸收薄膜及制备方法。该薄膜不但具有较高的红外辐射吸收率，同时又具有良好的加工性能以及低的热质量，有利于提高非致冷探测器性能。
聚酰亚胺薄膜由光敏型聚酰亚胺树脂旋涂在基底表面，采用光刻、显影工艺使聚酰亚胺树脂在像元表面成型；聚酰亚胺树脂经亚胺化工艺后获得聚酰亚胺薄膜，该薄膜可与基底形成良好粘附；疏松化通过腐蚀并去除混合在聚酰亚胺树脂中的铝粉末颗粒实现，利用疏松化后的多孔结构实现辐射光谱高吸收率；用氧等离子体刻蚀方法控制聚酰亚胺的厚度，并有效减轻像元热质量，同时保证铝粉末颗粒表面部分或完全露出，使铝粉末颗粒在后续工艺腐蚀中能完全去除；
本发明的技术特征在于：
1、红外吸收材料是疏松化后的型聚酰亚胺薄膜；
2、聚酰亚胺薄膜疏松化是通过腐蚀、去除聚酰亚胺薄膜中的金属粉末实现
3、采用亚胺化工艺使聚酰亚胺薄膜与探测器像元有良好的粘附
4、用氧等离子体刻蚀方法对聚酰亚胺薄膜减薄，可减轻像元热质量，同时保证铝粉末颗粒表面部分或完全露出，使铝粉末颗粒在后续工艺腐蚀中能完全去除；
本发明的工艺步骤如下：
1、将光敏型聚酰亚胺树脂与直径为3-4微米的铝粉末搅拌混合，使铝粉末颗粒均匀分布于树脂中，形成树脂混合物，两者的质量混合比例为1∶2；
2、在匀胶机上采用旋涂的方式使树脂混合物均匀涂布于硅基底表面。控制匀胶机旋转盘转速使树脂混合物厚度约5微米；涂布了树脂混合物的硅基底在热板上进行前烘，烘烤温度为120℃，烘烤时间为3分钟；
3、对涂布了树脂混合物的硅基底曝光，在非致冷探测器像元表面光刻出与像元同样大小的图形；对树脂混合物在正胶显影液中显影后，去除非像元处的树脂混合物，使其图形化；
4、将涂布有聚酰亚胺树脂的硅基底置于150℃烘箱中烘烤2小时，使聚酰亚胺树脂亚胺化，形成聚酰亚胺薄膜；
5、用氧等离子体去胶机对硅基底进行刻蚀，将聚酰亚胺薄膜厚底减薄到2微米，使被聚酰亚胺包覆的铝粉末颗粒全部或部分露出；
6、在室温下将硅基底浸泡于浓度为10％的四甲基氢氧化铵溶液中，湿法腐蚀铝粉末颗粒，直至铝粉末颗粒被完全腐蚀去除，用去离子水冲洗硅基底，将10％四甲基氢氧化铵残余溶液冲洗干净。将硅基底置于60℃烘箱中烘烤2小时，去除吸附的水份。
其中，光敏型聚酰亚胺树脂，可以是正性，也可以是负性；如果是正性聚酰亚胺树脂，光刻版像元处图形不透光，如果是负性聚酰亚胺树脂，光刻版像元处图形透光；
其中，制备有非致冷探测器的硅基底其牺牲层不是聚酰亚胺或其他有机材料，否则牺牲层去除时也同样会去除红外吸收薄膜；
其中，制备有非致冷探测器的硅基底电极压脚需要保护。用溅射、剥离的方法在压脚处用厚度2000A的Pt或Ti/TiN对其事先覆盖；
其中，用氧等离子体去胶机对硅基底进行刻蚀，使聚酰亚胺薄膜厚底减薄到2微米。该步工艺不仅可降低聚酰亚胺红外吸收膜的热质量，同时也为了去除包覆在Al球颗粒表面的聚酰亚胺，使Al粉末颗粒在后续工艺中能被腐蚀；
本发明的优点在于：疏松化后的聚酰亚胺薄膜与基底粘附牢固，易于图形化，热质量较低，且有很高的光谱吸收率。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图，说明如下：
a.制备有非致冷探测器像元的硅基底；
b.在硅基底上旋涂聚酰亚胺/铝粉末颗粒混合树脂；
c.聚酰亚胺/铝粉末颗粒混合树脂光刻后，显影成型；
d.氧等离子体刻蚀，使聚酰亚胺减薄到2微米，铝粉末颗粒全部或部分露出；
e.湿法腐蚀铝粉末颗粒。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的内容，以下对本发明做详细描述，其中：
1、将光敏型聚酰亚胺树脂与直径为3-4微米的铝粉末搅拌混合，使铝粉末颗粒均匀分布于树脂中，形成树脂混合物，两者的质量混合比为1∶2；
2、在匀胶机上采用旋涂的方式使树脂混合物均匀涂布于硅基底表面。控制匀胶机旋转盘转速使树脂混合物厚度约5微米；涂布了树脂混合物的硅基底在热板上进行前烘，烘烤温度为120℃，烘烤时间为3分钟；
3、对涂布了树脂混合物的硅基底曝光，在非致冷探测器像元表面光刻出与像元同样大小的图形；对树脂混合物在正胶显影液中显影后，去除非像元处的树脂混合物，使其图形化；
4、将涂布有聚酰亚胺树脂的硅基底置于150℃烘箱中烘烤2小时，使聚酰亚胺树脂亚胺化，形成聚酰亚胺薄膜；
5、用氧等离子体去胶机对硅基底进行刻蚀，将聚酰亚胺薄膜厚底减薄到2微米，使被聚酰亚胺包覆的铝粉末颗粒全部或部分露出；
6、在室温下将硅基底浸泡于浓度为10％的四甲基氢氧化铵溶液中，湿法腐蚀铝粉末颗粒，直至铝粉末颗粒被完全腐蚀去除。用去离子水冲洗硅基底，将10％四甲基氢氧化铵残余溶液冲洗干净。将硅基底置于60℃烘箱中烘烤2小时，去除吸附的水份。
该方法克服了黑金吸收薄膜机械强度差、不易图形化，热质量较高的缺点，又相对于薄金属吸收薄膜提高了红外吸收率，对非制冷探测器性能提高具有实际价值。
Claims (1)
1.一种疏松化聚酰亚胺红外吸收薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、将光敏型聚酰亚胺树脂与直径为3－4微米的铝粉末搅拌混合，使铝粉末颗粒均匀分布于树脂中，形成树脂混合物，两者的质量混合比例为1：2；
2)、在匀胶机上采用旋涂的方式使树脂混合物均匀涂布于硅基底表面，控制匀胶机旋转盘转速使树脂混合物厚度约5微米；涂布了树脂混合物的硅基底在热板上进行前烘，烘烤温度为120℃，烘烤时间为3分钟；
3)、在非致冷探测器像元表面光刻出与像元同样大小的图形，其步骤为对涂布了树脂混合物的硅基底曝光，对树脂混合物在正胶显影液中显影后，去除非像元处的树脂混合物，使其图形化；
4)、将涂布有聚酰亚胺树脂的硅基底置于150℃烘箱中烘烤2小时，使聚酰亚胺树脂亚胺化，形成聚酰亚胺薄膜；
5)、用氧等离子体去胶机对硅基底进行刻蚀，将聚酰亚胺薄膜厚度减薄到2微米,使被聚酰亚胺包覆的铝粉末颗粒全部或部分露出；
6)、在室温下将硅基底浸泡于浓度为10％的四甲基氢氧化铵溶液中，湿法腐蚀铝粉末颗粒,直至铝粉末颗粒被完全腐蚀去除，用去离子水冲洗硅基底，将10％四甲基氢氧化铵残余溶液冲洗干净，将硅基底置于60℃烘箱中烘烤2小时，去除吸附的水份。
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